WO2019215087A1 - Halbleiterlaserdiode, laserbauteil und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaserdiode - Google Patents

Halbleiterlaserdiode, laserbauteil und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaserdiode Download PDF

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WO2019215087A1
WO2019215087A1 PCT/EP2019/061557 EP2019061557W WO2019215087A1 WO 2019215087 A1 WO2019215087 A1 WO 2019215087A1 EP 2019061557 W EP2019061557 W EP 2019061557W WO 2019215087 A1 WO2019215087 A1 WO 2019215087A1
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passivation layer
ridge waveguide
semiconductor
layer
laser diode
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Sven GERHARD
Muhammad Ali
Alfred Lell
Christoph Eichler
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04254—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape

Definitions

  • Semiconductor laser diode a semiconductor layer sequence that emits laser radiation from a facet during operation.
  • Facet is through a front surface of the
  • the semiconductor layer sequence preferably comprises a plurality of
  • Semiconductor layers and an active layer the is suitable to produce electromagnetic radiation during operation.
  • the active layer may have a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure) for radiation generation.
  • SQL structure single quantum well structure
  • MQW structure multiple quantum well structure
  • the semiconductor layer sequence is preferably formed from a III / V compound semiconductor material or has a III / V compound semiconductor material.
  • the III / V compound semiconductor material may be a nitride compound semiconductor material or a phosphide compound semiconductor material.
  • Compound semiconductor materials containing nitrogen such as the materials of the system In x AlyGa ] _- x -yN with 0 ⁇ x ⁇
  • InAlGaN is a nitride compound semiconductor material.
  • Semiconductor layer sequences having an active layer formed of a nitride compound semiconductor material or having a nitride compound semiconductor material typically generate electromagnetic radiation in one
  • Compound semiconductor materials containing phosphorus such as the materials of the system In x AlyGa ] __ x _yP with 0 ⁇ x ⁇ 1,
  • InAlGaP is a phosphide compound semiconductor material.
  • Semiconductor layer sequences with an active layer consisting of a phosphide compound semiconductor material are formed or have a phosphide compound semiconductor material, usually generate electromagnetic radiation in a green to red wavelength range.
  • Front side surface opposite, is formed.
  • Front side surface and the rear side surface are preferably formed parallel to each other.
  • the active layer usually extends between the back surface and the
  • the first passivation layer is not
  • the first passivation layer is transparent to the first passivation layer
  • Laser radiation is formed and preferably has a
  • the first passivation layer may be designed to be absorbent for the laser radiation. In this case, the first one points
  • Passivation layer has an absorption coefficient of at least 100 cm -1 , more preferably at least 1000 cm -1 .
  • Semiconductor layer sequence on a ridge waveguide with a top surface and adjoining side surfaces is preferably formed by a ridge-shaped raised portion of the semiconductor layer sequence.
  • the ridge waveguide protrudes as a projection from a recessed outer surface of the ridge waveguide
  • the ridge waveguide preferably extends in the longitudinal direction from the facet to the rear side surface.
  • the top surface of the ridge waveguide is over the adjoining side surfaces with the recessed
  • Side surfaces mediate a distance between the recessed outer surface laterally of the ridge waveguide and the top surface of the ridge waveguide in a vertical direction.
  • the distance generally corresponds to a height of the web-shaped elevated region of the ridge waveguide and preferably to a height of the side surfaces.
  • the top surface and the side surfaces of the ridge waveguide and the recessed outer surface of the semiconductor layer sequence laterally form a ridge profile of the ridge waveguide.
  • the active layer is in the
  • the active layer preferably also extends below the recessed outer surface of the
  • Semiconductor laser diode so emit laser radiation with a single lateral and vertical laser mode.
  • the active layer is disposed between the side surfaces of the ridge waveguide.
  • the semiconductor layer sequence is below the recessed outer surface preferably free of the active layer.
  • a multiplicity of laser modes can be realized in the ridge waveguide.
  • the first covers
  • Passivation layer does not adhere to the top surface of the
  • the first covers
  • Passivitations slaughter the side surfaces of the ridge waveguide from the recessed outer surface to a certain height of the side surfaces completely, while a strip-shaped region of the side surfaces adjacent to the top surface of the ridge waveguide is free from the first passivation layer.
  • the semiconductor layer sequence is preferably freely accessible in the strip-shaped region.
  • the first passivation layer is arranged in direct contact with the side surfaces of the ridge waveguide.
  • the first passivation layer may cover a region of the recessed outer surface of the semiconductor layer sequence, which is arranged laterally of the ridge waveguide.
  • the area preferably directly adjoins the side surfaces of the ridge waveguide.
  • Steg waveguide arranged, covers the first
  • Passivation layer preferably the active layer in
  • Ridge waveguide are arranged, free from the first
  • Outside surface of the semiconductor layer sequence in this case preferably freely accessible.
  • an electrical contact is preferably arranged on the top surface of the ridge waveguide.
  • the electrical contact serves to inject electricity into the semiconductors, through which the active layer is electrically pumped.
  • the electrical contact is doped according to the underlying semiconductor layer sequence, such as p-doped.
  • side surfaces of the electrical contact are not of the first
  • the current impression in the semiconductor layer sequence preferably takes place via the electrical contacting on the
  • Top surface of the ridge waveguide preferably over the p-doped semiconductor layers. Is the active layer below the recessed outer surface of the
  • the active layer is substantially only in the area below the
  • Bridging waveguide energized and generates electromagnetic radiation only in this area.
  • the energized region of the active layer is formed by an active region.
  • the active region is arranged substantially only in the region below the ridge waveguide and limited in the horizontal direction substantially by the side surfaces of the ridge waveguide. Essentially, here means that the impressed current under the ridge waveguide
  • the horizontal direction is parallel to the main extension plane of the semiconductor layer sequence and perpendicular to the longitudinal direction.
  • Laser radiation preferably has a single optical mode or a plurality of optical modes decaying exponentially outside the ridge waveguide, which is delimited by its side surfaces. That is, the laser radiation preferably extends into the first passivation layer. In particular, the laser radiation preferably has one
  • Laser radiation at the interface between the side surfaces of the ridge waveguide of the semiconductor layer sequence and the first passivation layer is greater than 0 when the
  • Laser radiation extends into the passivation layer.
  • the intensity of the laser radiation at the interface between the side surfaces of the ridge waveguide and the first passivation layer preferably has a value of greater than or equal to 0.05%, preferably greater than or equal to 0.1%, particularly preferably greater than or equal to 0.5% of the maximum Intensity of the laser radiation.
  • the first passivation layer has a refractive index which is less than one
  • Steg waveguide through the transition from the Semiconductor layer sequence to the first passivation layer can cause a so-called index guiding the laser radiation.
  • the refractive index jump causes a
  • a semiconductor laser diode comprises a semiconductor layer sequence which in operation emits laser radiation from a facet, and a first
  • the semiconductor layer sequence has a ridge waveguide which has a top surface and side surfaces adjoining thereto, the first one
  • Passivation layer covers the side surfaces of the
  • the ridge waveguide and the side surfaces of the ridge waveguide are free of the first passivation layer.
  • One idea of the semiconductor laser described here is, inter alia, that a passivation layer only up to a certain height of the ridge waveguide on the
  • the region of the side surfaces of the ridge waveguide which remains free of the passivation layer is preferably etched away so that the region has structural and / or chemical changes which are electrically insulating.
  • heat can be dissipated better.
  • regions of the recessed outer surface of the semiconductor layer sequence which are arranged laterally of the ridge waveguide, and the
  • Side surfaces of the ridge waveguide structural and / or chemical changes caused by a generation of Web waveguide and / or generated by a removal of the first passivation layer are preferably formed electrically insulating.
  • the ridge waveguide structural and / or chemical changes caused by a generation of Web waveguide and / or generated by a removal of the first passivation layer are preferably formed electrically insulating.
  • Etched semiconductor layer sequence The generated thereby
  • recessed outer surface of the semiconductor layer sequence and the side surfaces of the ridge waveguide then preferably have the structural and / or chemical changes that are caused by the etching process for structuring.
  • the structural changes include preferred
  • Crystal defects in the semiconductor layer sequence which advantageously prevent current injection. Furthermore, the areas containing the structural and / or chemical
  • the further etching process preferably generates further structural and / or chemical changes of the semiconductor layer sequence.
  • Semiconductor layer sequence which is arranged laterally of the ridge waveguide, increased by one of the following measures: oxidation, plasma damage, implantation of atoms, opposite doping.
  • the recessed outer surface can be doped with silicon or germanium to form an opposite one
  • the first passivation layer extends from the side surfaces of the first passivation layer
  • the first passivation layer is in direct contact with the
  • the first extends
  • the strip may have a width which is preferably not greater than 10 micrometers, more preferably not greater than 5 micrometers and most preferably not greater than 1 micrometer.
  • the strip it is possible for the strip to have a thickness preferably between 1 nanometer and 5,000 nanometers inclusive, more preferably between 10 nanometers and 1,000 nanometers inclusive, and most preferably between 100 nanometers and 700 nanometers inclusive.
  • the second passivation layer is preferably transparent to the radiation generated in the active layer.
  • the second passivation layer may be absorbent for the
  • the first passivation layer is formed as an etching stop layer for the second passivation layer.
  • the first passivation layer formed as an etch stop layer may include Al and O.
  • the first passivation layer preferably comprises AIO, particularly preferably
  • the second passivation layer then comprises, for example, Si and 0 or N.
  • the second passivation layer then comprises or SiN, particularly preferably SiN, or consists thereof.
  • Passivation layer has a thickness that is greater than a thickness of the first passivation layer.
  • Passivation layer preferably has a thickness of between 1 nanometer and 100 nanometers inclusive. Preferably, the thickness is at most 50 nanometers,
  • the first passivation layer is preferably formed electrically insulating and transparent to the radiation generated in the active layer, while the second passivation layer
  • Passivation layer preferably has a thickness between
  • Passivation layer hereby preferably has a refractive index which is smaller than a refractive index of
  • the second passivation layer can effect the index guidance of the electromagnetic radiation generated in the active layer.
  • Passivation layer has a thermal conductivity of at least 10 W / (m * K).
  • the first comprises
  • the semiconductor layer sequence which is arranged laterally of the ridge waveguide, further improved.
  • the first passivation layer which has a
  • the thickness is at most 50 nanometers, more preferably at most 20 nanometers.
  • the first covers
  • Passivation layer the top surface and the side surfaces of the ridge waveguide in the facet area completely.
  • the semiconductor layer sequence is thus unpumped in the area of the facet.
  • the heat removal in the area of the facet is improved.
  • the top surface and the side surfaces of the ridge waveguide are in the range spaced from the facet not covered by the first passivation layer.
  • Passivation layer disposed on the first passivation layer on the side surfaces of the ridge waveguide and covered in the vicinity of the active region, the strip of the first passivation layer on the recessed
  • Passivation layer and the second passivation layer preferably complete flat with each other. Particularly preferably, cover surfaces of the first close
  • Passivation layer and the second passivation layer flat with each other.
  • Passivation layer disposed between the first and the second passivation layer.
  • Passivation layer is preferably transparent.
  • the third is
  • the dimensions of the further strip may be in the range of the dimensions of the strip of the first passivation layer.
  • the first and third passivation layers are thus arranged one above the other on the recessed outer surface of the semiconductor layer sequence in the vertical direction.
  • the third is
  • Passivation layer is preferably formed by air.
  • Passivation layer is preferably formed by air.
  • the first, the second and the third passivation layer partially cover the side surfaces of the ridge waveguide in the area of the facet.
  • the first, second and third passivation layers cover the side surfaces to a height that is less than the height of the ridge waveguide.
  • the fourth passivation layer with a top surface is flush with the top surfaces of the first, second and third
  • Passivation layer and / or the third passivation layer and / or the fourth passivation layer comprises
  • Suitable oxides, nitrides or oxynitrides are, for example, silicon dioxide,
  • Other oxides, nitrides and oxynitrides, which have one or more of the following materials: Al, Ce, Ga, Hf, In, Mg, Nb, Rh, Sb, Si, Sn, Ta, Ti, Zn, Zr may be suitable as a material for one of the passivation layers.
  • Passivianss GmbH has a transparent conductive oxide or is formed of a transparent conductive oxide.
  • Transparent conductive oxides are transparent, electrically conductive
  • metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, aluminum tin oxide, cadmium oxide,
  • Titanium oxide, indium oxide and indium tin oxide ITO.
  • binary metal oxygen compounds such as ZnO, SnO 2 or Ih 2q 3
  • ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 2, Cd Sn 3, Zn SnO 3, Mgln 2Ozi, GalnO 3, Zh 2 H 2q 5 or In 4 Sn 3 O 2 or mixtures of different transparent conductive oxides also belong to the group of TCOs.
  • TCOs do not necessarily correspond to one
  • stoichiometric composition and may also be p- or n-doped.
  • the laser component comprises a
  • the semiconductor laser diode is preferably the one described above
  • this includes
  • Laser component a connection carrier with at least one
  • Semiconductor laser diode can be supplied with current. According to at least one embodiment, the
  • the contact metal layer can several contact metal layers
  • the contact metal layer comprises
  • a metal or a combination of metals such as Ti, Pt and Au.
  • a semiconductor layer sequence is provided.
  • a ridge waveguide is produced in the semiconductor layer sequence, wherein the ridge waveguide has a cover surface and thereon
  • a first passivation layer is arranged on the side surfaces of the ridge waveguide, the top surface of the ridge waveguide and the recessed outer surface of the semiconductor layer sequence, which is arranged laterally of the ridge waveguide.
  • the first passivation layer is removed from regions of the side surfaces of the ridge waveguide, wherein the exposed ones
  • the changes in the etching process for generating the ridge waveguide are generated.
  • the changes may be generated by the etching process of the first passivation layer.
  • areas changed such that the exposed areas are electrically insulating.
  • the first passivation layer of the top surface of the substrate is formed
  • Web waveguide applied a metallic layer.
  • the metallic layer protects the top surface of the
  • the first passivation layer is removed from regions of the recessed outer surface of the semiconductor layer sequence which are arranged laterally of the ridge waveguide, wherein the exposed regions are structural and / or chemical
  • passivation layers are, for example, a chemical vapor deposition (abbreviated to "CVD") or a physical vapor deposition
  • Vapor deposition (English “physical vapor deposition”, short “PVD”).
  • PVD physical vapor deposition
  • Atomic layer deposition (English “atomic layer deposition” short “ALD”) are applied.
  • Passivation layer (16) different thicknesses.
  • Passivation layer and / or the fourth passivation layer in each case removed after application in regions.
  • Etching operations preferably include plasma etching.
  • Figures 1 to 3 and 6 are schematic sectional views of a laser device according to each embodiment
  • Figures 4 and 5 are schematic sectional views of a
  • Figures 7 and 8 are schematic sectional views of
  • Figure 9 is a schematic sectional view of a
  • FIGS 10 and 11 are schematic sectional views of
  • Figures 12 and 13 are schematic sectional views of
  • Figures 14 and 15 are schematic sectional views of
  • Figures 16 are schematic sectional views of a
  • FIGS. 17 and 18 are schematic sectional views of a laser component according to a further exemplary embodiment
  • FIGS. 19 to 20 show schematic sectional views of a laser component according to a further exemplary embodiment
  • Figure 21 is a schematic sectional view of a laser device according to another embodiment.
  • FIG. 1 shows a laser component 1, which has a
  • Semiconductor laser diode 2 and a contact metal layer 10 includes.
  • the semiconductor laser diode 2 comprises a
  • the ridge waveguide 5 is formed by a ridge-shaped elevated region of the semiconductor layer sequence 3.
  • the ridge waveguide 5 in this case comprises a top surface 7 and side surfaces 6 adjacent thereto
  • Web waveguide 5 adjoins a recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3, the side of the
  • Web waveguide 5 is arranged.
  • the top surface 7 of the ridge waveguide 5 is formed here by an electrical contact 8, 9, which comprises two layers.
  • the electrical contact 8, 9, the semiconductor laser diode 2 is energized by means of a contact metal layer 10 arranged above.
  • the contact metal layer 10 thereby fully embeds the ridge waveguide 5.
  • a first passivation layer 11 is arranged on the side surfaces 6 of the ridge waveguide 5. The first passivation layer 11 covers the side surfaces 6 of the
  • Web waveguide 5 partially free from the first
  • Passivation layer 11 are. This covers the first
  • the contact metal layer 10 then covers the cover surface 7 of the ridge waveguide, the exposed side surfaces 6 of the ridge waveguide 5, the passivation layer 11 and the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3 arranged laterally of the ridge waveguide 5
  • Contact metal layer 10 is in direct contact with the surfaces 4, 6, 7 and the passivation layer 11.
  • the semiconductor layer sequence 3 is then energized via the electrical contact 8, 9.
  • the semiconductor layer sequence 3 particularly well connected to the contact metal layer 10, so that occurring heat is particularly easy to dissipate.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 2 shows a laser component 1 in which the contact resistance of the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3 is determined by one of the following
  • the first comprises
  • Passivation layer 11 for example SiO 2, Si 3 N 4, ZrO, Al 2 O 3, SiON, ITO, ZnO or consists thereof.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 3 shows
  • the first passivation layer 11 comprises, for example, or consists of sputtered A1N or GaN.
  • the active layer 13 of the semiconductor layer sequence is defined in this embodiment by the side surfaces 6 of the ridge waveguide 5 and is disposed at a level within the ridge waveguide 5.
  • FIGS. 4 and 5 is the active layer 13 in FIG.
  • Semiconductor layer sequence 3 is arranged below the ridge waveguide 5, in particular below the recessed
  • the laser component 1 has a second passivation layer 14.
  • the second passivation layer 14 has a thickness that is greater than a thickness of the first passivation layer 11.
  • the first passivation layer 11 covers the side face 6 of the ridge waveguide 5 up to a certain height, which is lower than a height of the ridge waveguide 5.
  • the passivation layer 11 extends
  • the remaining recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3 is freely accessible.
  • the second passivation layer 14 is disposed over the first passivation layer 11 and is flush with the sides and a top surface of the first
  • the facet can be better cooled.
  • FIG. 5 is a sectional view spaced from the facet shown.
  • the thinner, first passivation layer 11 extends over the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3 and is designed to be electrically insulating.
  • the second passivation layer 14 is formed as an optical spacer, so that the intensity of the laser mode profile in the second passivation layer 11 is greater than 0 and a waveguide is realized in the horizontal direction.
  • the exemplary embodiment of FIG. 6 shows a laser component 1 which has a third passivation layer 15.
  • the third passivation layer 15 is between the first
  • Passivation layer 11 and the second passivation layer 14 is arranged.
  • the third passivation layer 15 is applied to the first passivation layer 11 arranged on the side surface 6 of the ridge waveguide 5.
  • the third passivation layer 15 is proceeding from one edge of the first passivation layer 11 via another one
  • Passivation layer 15 is flush with the sides and a top surface of the first passivation layer 11.
  • the refractive indices of the passivation layers may be different.
  • a refractive index of the first passivation layer 11 is greater than the refractive index of the third passivation layer 15. More preferably, the refractive index of the third passivation layer 15 is greater than the refractive index of the second
  • Refractive indices can be adjusted with advantage appropriate laser modes and an associated waveguide.
  • Semiconductor layer sequence 3 is introduced by etching
  • Web waveguide 5 generates (also not shown), which has a top surface 7 and a side surface 6 adjacent thereto.
  • a method step is shown, with which a semiconductor laser diode 2 according to FIG.
  • Embodiment of Figure 6 can be produced.
  • the first passivation layer 11, the third passivation layer 15 and the second passivation layer 14 are successively applied to the side surfaces 6 of the ridge waveguide 5 and the recessed outer surface 4 of FIG.
  • Steg waveguide 5 is arranged, deposited. It is possible that top surfaces of the first passivation layer 11, the third passivation layer 15 and the second
  • Passivation layer 14 plan with the top surface 7 of the
  • Passivation layer 15 starting from an edge of the second passivation layer 14, over the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3, which is arranged laterally of the ridge waveguide 5, by means of a
  • the first passivation layer 11 is preferably formed as an etch stop layer.
  • the method according to the exemplary embodiment of FIG. 9 initially comprises the steps shown in the method according to the exemplary embodiment of FIGS. 7 and 8.
  • the first passivation layer 11 is used in another method step by means of another
  • Passivation layer 11 starting from an edge of the first passivation layer 11 over the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3, the side of the Web waveguide 5 is arranged, removed.
  • the semiconductor layer sequence 3 is then at the ablated
  • Passivation layer 14 and the third passivation layer 15 are removed with a single etching process.
  • a semiconductor layer sequence 3 is provided (not shown).
  • Semiconductor layer sequence 3 is introduced by etching
  • Web waveguide 5 generates (also not shown), which has a top surface 7 and a side surface 6 adjacent thereto.
  • a method step is shown with which a semiconductor laser diode 2 can be produced.
  • the first passivation layer 11 is applied to the
  • the first passivation layer 11 is, in a further method step, proceeding from an edge of the first passivation layer 11 over the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3, which is arranged laterally of the ridge waveguide 5
  • the method according to the exemplary embodiment of FIGS. 12 and 13 initially comprises the steps shown in the method according to the exemplary embodiment of FIGS. 10 and 11.
  • the second passivation layer 14 is applied to the first passivation layer 11.
  • Passivation layer 14 covers one of
  • Passivation layer 11 is covered.
  • the second passivation layer 14 is disposed over the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3, which is arranged laterally of the ridge waveguide 5,
  • the second passivation layer 14 is removed from an edge of the second passivation layer 14 over the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3 by means of an etching process.
  • the second passivation layer 14 is removed from an edge of the second passivation layer 14 over the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3 by means of an etching process.
  • Web waveguide 5 plan with the top surface of the first Passivation layer 11 completes, so that the
  • the method steps according to FIGS. 12 and 13 can be repeated as often as required with a plurality of passivation layers to form a multiplicity of passivation layers
  • a semiconductor layer sequence 3 is provided (not shown).
  • a ridge waveguide 5 is produced by etching (likewise not shown), which has a cover surface 7 and a surface 7
  • Passivation layer 11 and the second passivation layer 14 is arranged.
  • the passivation layers are preferably applied in the following sequence starting from the side surface of the ridge waveguide: first passivation layer 11, third passivation layer 15, fourth passivation layer 16, second passivation layer 14. Only the third passivation layer 15 and the second passivation layer 14 are applied after being applied from one edge of the third passivation layer 15 and the second passivation layer 14 over the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3, the side of the
  • Web waveguide 5 is arranged, removed.
  • the first passivation layer is here above an edge of the first passivation layer 11 over the recessed one Outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3 only partially removed.
  • the first passivation layer 11 is formed of ITO and has a thickness of about 100 nanometers. Over the recessed outer surface 4 of
  • Semiconductor layer sequence 3 is the first passivation layer 11, however, by means of an etching process over its entire
  • the first passivation layer 11 has a particularly good
  • the third passivation layer 15 is formed of SiN, for example, and has a thickness of about 100 nanometers. With the third passivation layer 15, the laser mode can advantageously be controlled by partial absorption.
  • the fourth passivation layer 16 is formed, for example, of Al 2 O 3 and has a thickness of approximately 40 nanometers.
  • the second passivation layer 14 is formed, for example, of SiO 2 and has a thickness of 300 nanometers.
  • This passivation layer serves as an optical isolator and optical spacer against the contact metal layer 10.
  • Method steps of FIG. 14 in connection with the exemplary embodiment of FIG. 15 are only the first one Passivation layer 11 and the third passivation layer 15 after application, starting from an edge of the first passivation layer 11 and the third, respectively
  • a laser component 1 is shown in which, in contrast to the exemplary embodiments of FIGS. 3 or 4, the first passivation layer 11 starts from an edge of the first passivation layer 11
  • Web waveguide 5 extends over the strip 17 of the recessed outer surface 4 of the semiconductor layer sequence 3. The remaining recessed outer surface 4 of
  • Semiconductor layer sequence 3 is freely accessible.
  • FIGS. 17 and 18 show, according to FIG. 17, an exemplary embodiment of a laser component 1, which is analogous to FIG.
  • Embodiment according to the method step of Figure 13 can be produced.
  • the semiconductor laser diode 2 has a first passivation layer 11, a second one
  • the third passivation layer 15 is preferably removed by selective etching so that the third passivation layer 15 is formed of a gas, such as air.
  • FIG. 18 shows the passivation layers according to FIG. 17 enlarged in the region of the circle.
  • FIGS. 19 and 20 show the first passivation layer 11 according to FIG. 19, in contrast to the exemplary embodiment of FIGS. 4 and 5, formed from a thermally conductive layer.
  • the first passivation layer 11 comprises, for example, SiC / DLC or AlN or consists thereof.
  • the second passivation layer 14 in this embodiment comprises or consists of SiO 2, Si 2 N 4, Al 2 O 3, SiON, ITO or ZnO.
  • Sectional view of Figure 19 is shown here spaced from the facet.
  • the heat-conductive passivation layer 11 also covers the exposed side surface 6 of the ridge waveguide 5 and its top surface 7.
  • the sectional view of FIG. 20 is shown in the region of the facet.
  • the first passivation layer 11 comprises, for example, SiO 2, Si 2 N 4, Al 2 O 3, SiON, ITO or ZnO.
  • the first passivation layer 11 is thicker than the second
  • Passivation layer 14 is formed. The second
  • Passivation layer is formed from a thermally conductive layer and includes, for example, SiC / DLC or A1N or consists thereof.
  • the second passivation layer 14 covers the recessed outer surface 4 of FIG.

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Abstract

Es wird eine Halbleiterlaserdiode (2) angegeben mit: - einer Halbleiterschichtenfolge (3), die im Betrieb Laserstrahlung von einer Facette aussendet, und - einer ersten Passivierungsschicht (11), wobei - die Halbleiterschichtenfolge (3) einen Stegwellenleiter (5) aufweist, der eine Deckfläche (7) und daran angrenzende Seitenflächen (6) aufweist, - die erste Passivierungsschicht (11) die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) bereichsweise bedeckt, und - die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht (11) sind. Außerdem werden ein Laserbauteil und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiodeangegeben.

Description

Beschreibung
HALBLEITERLASERDIODE, LASERBAUTEIL UND VERFAHREN ZUR
HERSTELLUNG EINER HALBLEITERLASERDIODE
Es wird eine Halbleiterlaserdiode angegeben. Darüber hinaus werden ein Laserbauteil und ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine
Halbleiterlaserdiode anzugeben, die eine verbesserte
Wärmeabfuhr aufweist. Außerdem sollen ein Laserbauteil mit einer solchen Halbleiterlaserdiode und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiterlaserdiode angegeben werden .
Diese Aufgaben werden durch eine Halbleiterlaserdiode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Laserbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Halbleiterlaserdiode, des Laserbauteils und des Verfahrens zur Herstellung der
Halbleiterlaserdiode sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterlaserdiode eine Halbleiterschichtenfolge, die im Betrieb Laserstrahlung von einer Facette aussendet. Die
Facette ist durch eine Vorderseitenfläche der
Halbleiterschichtenfolge gebildet. Bevorzugt umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine Mehrzahl von
Halbleiterschichten und eine aktive Schicht, die dazu geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen .
Beispielsweise kann die aktive Schicht einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-QuantentopfStruktur ( SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-QuantentopfStruktur (MQW- Struktur) zur Strahlungserzeugung aufweisen.
Die Halbleiterschichtenfolge ist bevorzugt aus einem III/V- Verbindungshalbleitermaterial gebildet oder weist ein III/V- Verbindungshalbleitermaterial auf. Bei dem III/V- Verbindungshalbleitermaterial kann es sich um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial oder ein Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial handeln .
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind
Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa]_-x-yN mit 0 < x <
1, 0 < y < 1 und x+y < 1. Beispielsweise handelt es sich bei InAlGaN um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial.
Halbleiterschichtenfolgen mit einer aktiven Schicht, die aus einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet sind oder ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial aufweisen, erzeugen in der Regel elektromagnetische Strahlung in einem
ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich.
Phosphid-Verbindungshalbleitermaterialien sind
Verbindungshalbleitermaterialien, die Phosphor enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGa]__x_yP mit 0 < x < 1,
0 < y < 1 und x+y < 1. Beispielsweise handelt es sich bei InAlGaP um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial .
Halbleiterschichtenfolgen mit einer aktiven Schicht, die aus einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet sind oder ein Phosphid -Verbindungshalbleitermaterial aufweisen, erzeugen in der Regel elektromagnetische Strahlung in einem grünen bis roten Wellenlängenbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterlaserdiode einen Resonator, der zwischen der
Vorderseitenfläche der Halbleiterschichtenfolge und einer Rückseitenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die der
Vorderseitenfläche gegenüberliegt, ausgebildet ist. Die
Vorderseitenfläche und die Rückseitenfläche sind bevorzugt parallel zueinander ausgebildet. Die aktive Schicht erstreckt sich in der Regel zwischen der Rückseitenfläche und der
Facette entlang einer longitudinalen Richtung, die parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterlaserdiode eine erste Passivierungsschicht.
Bevorzugt ist die erste Passivierungsschicht nicht
absorbierend für die Laserstrahlung ausgebildet. Bevorzugt ist die erste Passivierungsschicht transparent für die
Laserstrahlung ausgebildet und weist bevorzugt einen
Absorptionskoeffizienten von höchstens 10 cm-1, insbesondere bevorzugt höchstens 1 cm-1 auf. Alternativ kann die erste Passivierungsschicht absorbierend für die Laserstrahlung ausgebildet sein. In diesem Fall weist die erste
Passivierungsschicht einen Absorptionskoeffizienten von mindestens 100 cm-1, insbesondere bevorzugt mindestens 1000 cm-1 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge einen Stegwellenleiter mit einer Deckfläche und daran angrenzenden Seitenflächen auf. Der Stegwellenleiter wird bevorzugt durch einen stegförmigen erhöhten Bereich der Halbleiterschichtenfolge gebildet.
Beispielsweise ragt der Stegwellenleiter als Vorsprung aus einer zurückgesetzten Außenfläche der
Halbleiterschichtenfolge heraus. Der Stegwellenleiter erstreckt sich dabei bevorzugt in longitudinaler Richtung von der Facette zur Rückseitenfläche.
Die Deckfläche des Stegwellenleiters ist über die daran angrenzenden Seitenflächen mit der zurückgesetzten
Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, direkt verbunden. Die
Seitenflächen vermitteln dabei einen Abstand zwischen der zurückgesetzten Außenfläche seitlich des Stegwellenleiters und der Deckfläche des Stegwellenleiters in einer vertikalen Richtung. Der Abstand entspricht in der Regel einer Höhe des stegförmigen erhöhten Bereichs des Stegwellenleiters und bevorzugt einer Höhe der Seitenflächen. Bevorzugt bilden die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegwellenleiters sowie die zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge seitlich des Stegwellenleiters ein Stufenprofil.
Bevorzugt ist die aktive Schicht in der
Halbleiterschichtenfolge unterhalb des Stegwellenleiters angeordnet. Das heißt, die aktive Schicht verläuft bevorzugt auch unterhalb der zurückgesetzten Außenfläche der
Halbleiterschichtenfolge. Vorteilhafterweise kann die
Halbleiterlaserdiode so Laserstrahlung mit einer einzigen lateralen und vertikalen Lasermode aussenden.
Alternativ ist es möglich, dass die aktive Schicht zwischen den Seitenflächen des Stegwellenleiters angeordnet ist.
Hierbei ist die Halbleiterschichtenfolge unterhalb der zurückgesetzten Außenfläche bevorzugt frei von der aktiven Schicht. Vorteilhafterweise kann durch eine solche Anordnung eine Vielzahl an Lasermoden im Stegwellenleiter realisiert sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die erste
Passivierungsschicht die Seitenflächen des Stegwellenleiters bereichsweise. Bevorzugt grenzt die erste
Passivierungsschicht nicht an die Deckfläche des
Stegwellenleiters an. Bevorzugt bedeckt die erste
Passivierungsschicht die Seitenflächen des Stegwellenleiters ausgehend von der zurückgesetzten Außenfläche bis zu einer gewissen Höhe der Seitenflächen vollständig, während ein streifenförmiger Bereich der Seitenflächen angrenzend an die Deckfläche des Stegwellenleiters frei ist von der ersten Passivierungsschicht. Die Halbleiterschichtenfolge ist bevorzugt in dem streifenförmigen Bereich frei zugänglich. Besonders bevorzugt ist die erste Passivierungsschicht in direktem Kontakt zu den Seitenflächen des Stegwellenleiters angeordnet .
Zusätzlich kann die erste Passivierungsschicht einen Bereich der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, bedecken. Der Bereich grenzt bevorzugt direkt an die Seitenflächen des Stegwellenleiters an.
Ist die aktive Schicht zwischen den Seitenflächen des
Stegwellenleiters angeordnet, überdeckt die erste
Passivierungsschicht bevorzugt die aktive Schicht in
vertikaler Richtung. Zusätzlich können Bereiche der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des
Stegwellenleiters angeordnet sind, frei von der ersten
Passivierungsschicht sein. In den Bereichen, die nicht von der ersten Passivierungsschicht bedeckt sind, ist die
Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge hierbei bevorzugt frei zugänglich.
Weiterhin ist bevorzugt eine elektrische Kontaktierung auf der Deckfläche des Stegwellenleiters angeordnet. Die
elektrische Kontaktierung dient zu einer Stromeinprägung in die Halbleiter, durch die die aktive Schicht elektrisch gepumpt wird. Bevorzugt ist die elektrische Kontaktierung entsprechend der darunterliegenden Halbleiterschichtenfolge dotiert, etwa p-dotiert. Mit Vorteil sind Seitenflächen der elektrischen Kontaktierung nicht von der ersten
Passivierungsschicht bedeckt und stehen so ebenfalls zur Stromeinprägung zur Verfügung.
Die Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge erfolgt bevorzugt über die elektrische Kontaktierung an der
Deckfläche des Stegwellenleiters, bevorzugt über die p- dotierten Halbleiterschichten. Ist die aktive Schicht unterhalb der zurückgesetzten Außenfläche der
Halbleiterschichtenfolge angeordnet, wird die aktive Schicht im Wesentlichen nur in dem Bereich unterhalb des
Stegwellenleiters bestromt und erzeugt nur in diesem Bereich elektromagnetische Strahlung. Der bestromte Bereich der aktiven Schicht ist durch einen aktiven Bereich gebildet. In diesem Fall ist der aktive Bereich im Wesentlichen nur im Bereich unterhalb des Stegwellenleiters angeordnet und in horizontaler Richtung im Wesentlichen durch die Seitenflächen des Stegwellenleiters begrenzt. Im Wesentlichen heißt hier, dass der eigeprägte Strom unter dem Stegwellenleiter
aufgeweitet sein kann und in horizontaler Richtung die
Seitenflächen des Stegwellenleiters überragt. Die horizontale Richtung verläuft parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge und senkrecht zur longitudinalen Richtung .
Die im Betrieb der Halbleiterlaserdiode erzeugte
Laserstrahlung weist bevorzugt eine einzige optische Mode oder eine Vielzahl an optischen Moden auf, die außerhalb des Stegwellenleiters, der durch seine Seitenflächen begrenzt ist, exponentiell abklingen. Das heißt, die Laserstrahlung erstreckt sich bevorzugt in die erste Passivierungsschicht. Insbesondere weist die Laserstrahlung bevorzugt ein
Lasermodenprofil auf, das senkrecht zur
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge ein
Maximum der Intensität aufweist. Die Intensität der
Laserstrahlung an der Grenzfläche zwischen den Seitenflächen des Stegwellenleiters der Halbleiterschichtenfolge und der ersten Passivierungsschicht ist größer 0, wenn sich die
Laserstrahlung in die Passivierungsschicht erstreckt.
Bevorzugt weist die Intensität der Laserstrahlung an der Grenzfläche zwischen den Seitenflächen des Stegwellenleiters und der ersten Passivierungsschicht einen Wert von größer oder gleich 0,05 %, bevorzugt größer oder gleich 0,1 %, besonders bevorzugt größer oder gleich 0,5 % vom Maximum der Intensität der Laserstrahlung auf.
Insbesondere bevorzugt weist die erste Passivierungsschicht einen Brechungsindex auf, der kleiner ist als ein
Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge. Der
Brechungsindexsprung an den Seitenflächen des
Stegwellenleiters durch den Übergang von der Halbleiterschichtenfolge zur ersten Passivierungsschicht kann eine so genannte Indexführung der Laserstrahlung bewirken.
Das heißt, der Brechungsindexsprung bewirkt eine
Wellenführung der in der aktiven Schicht erzeugten
elektromagnetischen Strahlung in die horizontale Richtung und trägt so zur Ausbildung von Lasermoden bei.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Halbleiterlaserdiode eine Halbleiterschichtenfolge, die im Betrieb Laserstrahlung von einer Facette aussendet, und eine erste
Passivierungsschicht. Die Halbleiterschichtenfolge weist dabei einen Stegwellenleiter auf, der eine Deckfläche und daran angrenzende Seitenflächen aufweist, die erste
Passivierungsschicht bedeckt die Seitenflächen des
Stegwellenleiters bereichsweise und die Seitenflächen des Stegwellenleiters sind bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht .
Eine Idee des hier beschriebenen Halbleiterlasers ist unter anderem, dass eine Passivierungsschicht nur bis zu einer bestimmten Höhe des Stegwellenleiters auf dessen
Seitenflächen angeordnet ist. Der Bereich der Seitenflächen des Stegwellenleiters, der frei von der Passivierungsschicht bleibt, ist dabei bevorzugt so abgeätzt, dass der Bereich strukturelle und/oder chemische Veränderungen aufweist, die elektrisch isolierend sind. Vorteilhafterweise kann Wärme so besser abgeleitet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen Bereiche der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet sind, und die
Seitenflächen des Stegwellenleiters strukturelle und/oder chemische Veränderungen auf, die durch eine Erzeugung des Stegwellenleiters und/oder durch eine Entfernung der ersten Passivierungsschicht erzeugt sind und bevorzugt elektrisch isolierend ausgebildet sind. Bevorzugt ist der
Stegwellenleiter mittels eines Ätzprozesses aus der
Halbleiterschichtenfolge geätzt. Die dabei erzeugte
zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge und die Seitenflächen des Stegwellenleiters weisen dann bevorzugt die strukturellen und/oder chemischen Veränderungen auf, die durch den Ätzprozess zur Strukturierung entstanden sind. Die strukturellen Veränderungen umfassen bevorzugt
Kristalldefekte in der Halbleiterschichtenfolge, die eine Stromeinprägung mit Vorteil verhindern. Weiterhin können die Bereiche, die die strukturellen und/oder chemischen
Veränderungen aufweisen, eine erhöhte Rauigkeit haben.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste
Passivierungsschicht zusätzlich bereichsweise von den
Seitenflächen des Stegwellenleiters und der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge mittels eines weiteren Ätzprozesses entfernt. Der weitere Ätzprozess erzeugt bevorzugt weitere strukturelle und/oder chemische Veränderungen der Halbleiterschichtenfolge. Mit Vorteil ist die Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge an den Bereichen, die die strukturellen und/oder chemischen
Veränderungen aufweisen, weiter verhindert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein
Kontaktwiderstand der zurückgesetzten Außenfläche der
Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, durch eine der folgenden Maßnahmen erhöht: Oxidation, Plasmaschädigung, Implantation von Atomen, entgegengesetzte Dotierung. Beispielsweise sind
Stickstoffatome oder Wasserstoffatome in die zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge implantiert.
Weiterhin kann die zurückgesetzte Außenfläche mit Silizium oder Germanium dotiert werden, um eine entgegengesetzte
Dotierung zu der darunterliegenden Halbleiterschichtenfolge zu erzielen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die erste Passivierungsschicht von den Seitenflächen des
Stegwellenleiters aus seitlich über die zurückgesetzte
Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt ist die erste Passivierungsschicht in direktem Kontakt mit der
Halbleiterschichtenfolge an dessen zurückgesetzter
Außenfläche. Beispielsweise erstreckt sich die erste
Passivierungsschicht ausgehend von einer Kante des
Stegwellenleiters über einen Streifen der Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, wobei die restliche Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge frei zugänglich ist.
Der Streifen kann eine Breite aufweisen, die bevorzugt nicht größer als 10 Mikrometer, besonders bevorzugt nicht größer als 5 Mikrometer und insbesondere bevorzugt nicht größer als 1 Mikrometer ist.
Zusätzlich ist es möglich, dass der Streifen eine Dicke aufweist, die bevorzugt zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 5000 Nanometer, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer und insbesondere bevorzugt zwischen einschließlich 100 Nanometer und einschließlich 700 Nanometer liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine zweite
Passivierungsschicht auf der ersten Passivierungsschicht auf den Seitenflächen des Stegwellenleiters angeordnet. Die zweite Passivierungsschicht ist bevorzugt transparent für die in der aktiven Schicht erzeugte Strahlung. Alternativ kann die zweite Passivierungsschicht absorbierend für die
Strahlung ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Passivierungsschicht in den Bereichen seitlich des
Stegwellenleiters frei zugänglich. Besonders bevorzugt ist die erste Passivierungsschicht als Ätzstoppschicht für die zweite Passivierungsschicht ausgebildet. Beispielsweise kann die erste Passivierungsschicht, die als Ätzstoppschicht ausgebildet ist, Al und 0 umfassen. Bevorzugt umfasst die erste Passivierungsschicht AIO , insbesondere bevorzugt
AI O , oder besteht daraus. Die zweite Passivierungsschicht umfasst dann beispielsweise Si und 0 oder N. Bevorzugt umfasst die zweite Passivierungsschicht dann
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oder SiN , insbesondere bevorzugt Si N , oder besteht daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite
Passivierungsschicht eine Dicke auf, die größer als eine Dicke der ersten Passivierungsschicht ist. Die erste
Passivierungsschicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer auf. Bevorzugt ist die Dicke höchstens 50 Nanometer,
insbesondere bevorzugt höchstens 20 Nanometer. Die erste Passivierungsschicht ist bevorzugt elektrisch isolierend und transparent für die in der aktiven Schicht erzeugte Strahlung ausgebildet, während die zweite Passivierungsschicht
transparent und elektrisch leitend ausgebildet sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite
Passivierungsschicht bevorzugt eine Dicke zwischen
einschließlich 100 Nanometer und einschließlich 1000 Nanometer auf. Insbesondere weist die zweite
Passivierungsschicht hierbei bevorzugt einen Brechungsindex auf, der kleiner ist als ein Brechungsindex der
Halbleiterschichtenfolge. Durch die vergleichsweise große Dicke kann die zweite Passivierungsschicht die Indexführung der in der aktiven Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung bewirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Passivierungsschicht eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/ (m*K) auf. Bevorzugt umfasst die erste
Passivierungsschicht hierbei SiC, A1N oder diamantartiger Kohlenstoff (englisch „diamond-like carbon", kurz „DLC") oder besteht daraus. Vorteilhafterweise kann so die Wärmeabfuhr von der zurückgesetzten Außenfläche der
Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, weiter verbessert werden. Beispielsweise weist die erste Passivierungsschicht, die eine
Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/ (m*K) aufweist, eine Dicke zwischen einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer auf. Bevorzugt ist die Dicke höchstens 50 Nanometer, insbesondere bevorzugt höchstens 20 Nanometer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt die erste
Passivierungsschicht die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegwellenleiters im Bereich der Facette vollständig. Die Halbleiterschichtenfolge ist damit im Bereich der Facette ungepumpt . Vorteilhafterweise wird so die Wärmeabfuhr im Bereich der Facette verbessert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Deckfläche und die Seitenflächen des Stegwellenleiters im Bereich beabstandet zu der Facette nicht von der ersten Passivierungsschicht bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine zweite
Passivierungsschicht auf der ersten Passivierungsschicht auf den Seitenflächen des Stegwellenleiters angeordnet und bedeckt in der Nähe des aktiven Bereichs den Streifen der ersten Passivierungsschicht auf der zurückgesetzten
Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge vollständig. Dem Stegwellenleiter abgewandte Seitenflächen der ersten
Passivierungsschicht und der zweiten Passivierungsschicht schließen bevorzugt plan miteinander ab. Insbesondere bevorzugt schließen Deckflächen der ersten
Passivierungsschicht und der zweiten Passivierungsschicht plan miteinander ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine dritte
Passivierungsschicht zwischen der ersten und der zweiten Passivierungsschicht angeordnet. Die dritte
Passivierungsschicht ist bevorzugt transparent ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die dritte
Passivierungsschicht ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht über einen weiteren Streifen auf den Streifen der ersten Passivierungsschicht aufgebracht. Die Dimensionen des weiteren Streifens können im Bereich der Dimensionen des Streifens der ersten Passivierungsschicht liegen. Die erste und dritte Passivierungsschicht sind auf der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge also in vertikaler Richtung übereinander angeordnet.
Vorteilhafterweise ist so auch eine Wellenführung der
Lasermoden in vertikaler Richtung erzielt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die dritte
Passivierungsschicht aus einem Gas gebildet. Die dritte
Passivierungsschicht ist dabei bevorzugt durch Luft gebildet. Vorteilhafterweise wird so ein besonders großer
Brechungsindexsprung zwischen der ersten Passivierungsschicht und der zweiten Passivierungsschicht erzielt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedecken die erste, die zweite und die dritte Passivierungsschicht die Seitenflächen des Stegwellenleiters im Bereich der Facette bereichsweise. Die erste, die zweite und die dritte Passivierungsschicht bedecken die Seitenflächen bis zu einer Höhe, die kleiner als die Höhe des Stegwellenleiters ist. Bevorzugt schließen
Deckflächen der ersten, der zweiten und der dritten
Passivierungsschicht plan miteinander ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine vierte
Passivierungsschicht zwischen der dritten und der zweiten Passivierungsschicht angeordnet. Bevorzugt schließt die vierte Passivierungsschicht mit einer Deckfläche plan mit den Deckflächen der ersten, der zweiten und der dritten
Passivierungsschicht ab.
Die erste Passivierungsschicht und/oder die zweite
Passivierungsschicht und/oder die dritte Passivierungsschicht und/oder die vierte Passivierungsschicht umfasst
beispielsweise ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid oder besteht aus einem dieser Materialien. Geeignete Oxide, Nitride oder Oxinitride sind beispielsweise Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Aluminiumoxid, Tantaloxid, Rhodiumoxid, Niobiumoxid und/oder Titandioxid. Auch andere Oxide, Nitride und Oxinitride, die ein oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Al, Ce, Ga, Hf, In, Mg, Nb, Rh, Sb, Si, Sn, Ta, Ti, Zn, Zr, können als Material für eine der Passivierungsschichten geeignet sein.
Weiterhin ist es möglich, dass eine der
Passivierungsschichten ein transparentes leitendes Oxid aufweist oder aus einem transparenten leitenden Oxid gebildet ist. Transparente leitende Oxide („transparent conductive oxide", TCO) sind transparente, elektrisch leitende
Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Aluminiumzinnoxid, Cadmiumoxid,
Titanoxid, Indiumoxid und Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, Sn02 oder Ih2q3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnOzi, CdSn03, ZnSn03, Mgln20zi, Galn03, Zh2ΐh2q5 oder In4Sn30]_2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide, zu der Gruppe der TCOs .
Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer
stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n- dotiert sein.
Weiterhin wird ein Laserbauteil angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Laserbauteil eine
Halbleiterlaserdiode. Bei der Halbleiterlaserdiode handelt es sich bevorzugt um die zuvor beschriebene
Halbleiterlaserdiode. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Halbleiterlaserdiode offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind auch in Verbindung mit dem hier beschriebenen Laserbauteil anwendbar und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Laserbauteil einen Anschlussträger mit mindestens einer
Kontaktstelle. Über die Kontaktstelle ist die
Halbleiterlaserdiode bestrombar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterlaserdiode mit einer Kontaktmetallschicht mit der Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden. Insbesondere ist die Kontaktstelle mittels der Kontaktmetallschicht mit der Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge elektrisch leitend verbunden. Die Kontaktmetallschicht kann dabei mehrere
Schichten umfassen. Die Kontaktmetallschicht umfasst
bevorzugt ein Metall oder eine Kombination aus Metallen wie zum Beispiel Ti, Pt und Au.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bettet die
Kontaktmetallschicht den Stegwellenleiter ein. Bevorzugt ist die Kontaktmetallschicht über den Seitenflächen und der
Deckfläche des Stegwellenleiters angeordnet und steht an dessen freigelegten Bereichen in direktem Kontakt mit dem Stegwellenleiter. Weiterhin ist es möglich, dass die
Kontaktmetallschicht über der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, und an dessen freigelegten Bereichen in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge steht.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode angegeben, mit dem eine hier
beschriebene Halbleiterlaserdiode hergestellt werden kann. Sämtliche in Verbindung mit der Halbleiterlaserdiode
offenbarten Merkmale und Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Stegwellenleiter in der Halbleiterschichtenfolge erzeugt, wobei der Stegwellenleiter eine Deckfläche und daran
angrenzende Seitenflächen aufweist. Bevorzugt wird der
Stegwellenleiter mittels Ätzen erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine erste Passivierungsschicht auf die Seitenflächen des Stegwellenleiters, die Deckfläche des Stegwellenleiters und die zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist,
aufgebracht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Passivierungsschicht von Bereichen der Seitenflächen des Stegwellenleiters entfernt, wobei die freigelegten
Bereiche strukturelle und/oder chemische Veränderungen durch das Ätzen aufweisen. Bevorzugt werden die Veränderungen bei dem Ätzvorgang zur Erzeugung des Stegwellenleiters erzeugt. Zusätzlich oder alternativ können die Veränderungen durch den Ätzvorgang der ersten Passivierungsschicht erzeugt werden. Mittels der beiden Ätzvorgänge werden die freigelegten
Bereiche bevorzugt derart verändert, dass die freigelegten Bereiche elektrisch isolierend ausgebildet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Passivierungsschicht von der Deckfläche des
Stegwellenleiters entfernt. Bevorzugt wird vor dem Aufbringen der ersten Passivierungsschicht auf die Deckfläche des
Stegwellenleiters eine metallische Schicht aufgebracht. Die metallische Schicht schützt die Deckfläche des
Stegwellenleiters dabei mit Vorteil vor chemischen Veränderungen durch das Entfernen der ersten
Passivierungsschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Passivierungsschicht von Bereichen der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge entfernt, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet sind, wobei die freigelegten Bereiche strukturelle und/oder chemische
Veränderungen durch das Ätzen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens
wird/werden eine zweite Passivierungsschicht und/oder eine dritte Passivierungsschicht und/oder eine vierte
Passivierungsschicht über die Seitenflächen des
Stegwellenleiters und die zurückgesetzte Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet ist, aufgebracht. Geeignete Verfahren zur
Aufbringung der Passivierungsschichten sind beispielsweise eine chemische Gasphasenabscheidung (englisch „Chemical vapor deposition", kurz „CVD") oder eine physikalische
Gasphasenabscheidung (englisch „physical vapor deposition", kurz „PVD") . Insbesondere ist es möglich, dass eine oder mehrere der Passivierungsschichten mittels einer
Atomlagenabscheidung (englisch „atomic layer deposition" kurz „ALD") aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die erste Passivierungsschicht (11) und oder die zweite
Passivierungsschicht (14) und/oder die dritte
Passivierungsschicht (15) und/oder die vierte
Passivierungsschicht (16) unterschiedliche Dicken auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens
wird/werden die zweite Passivierungsschicht und/oder die dritte Passivierungsschicht und/oder die vierte
Passivierungsschicht bereichsweise entfernt, so dass die Seitenflächen des Stegwellenleiters bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht und der zweiten
Passivierungsschicht und/oder der dritten
Passivierungsschicht und/oder der vierten
Passivierungsschicht sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens
wird/werden die zweite Passivierungsschicht und/oder die dritte Passivierungsschicht und/oder die vierte
Passivierungsschicht über der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge so entfernt, dass Bereiche der zurückgesetzten Außenfläche der Halbleiterschichtenfolge, die seitlich des Stegwellenleiters angeordnet sind, frei
zugänglich sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens
wird/werden die erste Passivierungsschicht und/oder die zweite Passivierungsschicht und/oder die dritte
Passivierungsschicht und/oder die vierte Passivierungsschicht jeweils nach dem Aufbringen bereichsweise entfernt. Die
Ätzvorgänge umfassen bevorzugt ein Plasmaätzen.
Im Folgenden werden die hier beschriebene
Halbleiterlaserdiode, das Laserbauteil sowie das hier
beschriebene Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiterlaserdiode anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert.
Es zeigen: Figuren 1 bis 3 und 6 schematische Schnittdarstellungen eines Laserbauteils gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 4 und 5 schematische Schnittdarstellungen eines
Laserbauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Figuren 7 und 8 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 9 schematische Schnittdarstellung eines
Verfahrensstadiums eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 10 und 11 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 12 und 13 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 14 und 15 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 16 schematische Schnittdarstellungen eines
Laserbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 17 und 18 schematische Schnittdarstellungen eines Laserbauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, Figuren 19 bis 20 schematische Schnittdarstellungen eines Laserbauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Figur 21 schematische Schnittdarstellung eines Laserbauteils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1 zeigt ein Laserbauteil 1, das eine
Halbleiterlaserdiode 2 und eine Kontaktmetallschicht 10 umfasst. Die Halbleiterlaserdiode 2 umfasst eine
Halbleiterschichtenfolge 3, die einen Stegwellenleiter 5 aufweist. Der Stegwellenleiter 5 ist durch einen stegförmigen erhöhten Bereich der Halbleiterschichtenfolge 3 gebildet. Der Stegwellenleiter 5 umfasst dabei eine Deckfläche 7 und daran angrenzende Seitenflächen 6. An die Seitenflächen 6 des
Stegwellenleiters 5 grenzt eine zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 an, die seitlich des
Stegwellenleiters 5 angeordnet ist.
Die Deckfläche 7 des Stegwellenleiters 5 ist hier durch eine elektrische Kontaktierung 8, 9 gebildet, die zwei Schichten umfasst. Durch die elektrische Kontaktierung 8, 9 wird die Halbleiterlaserdiode 2 mittels einer darüber angeordneten Kontaktmetallschicht 10 bestromt. Die Kontaktmetallschicht 10 bettet dabei den Stegwellenleiter 5 vollständig ein. Zudem ist auf den Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 eine erste Passivierungsschicht 11 angeordnet. Die erste Passivierungsschicht 11 bedeckt die Seitenflächen 6 des
Stegwellenleiters 5 so, dass die Seitenflächen 6 des
Stegwellenleiters 5 bereichsweise frei von der ersten
Passivierungsschicht 11 sind. Hierbei bedeckt die erste
Passivierungsschicht 11 die Seitenflächen 6 des
Stegwellenleiters 5 ausgehend von der zurückgesetzten
Außenfläche 4 bis zu einer bestimmten Höhe vollständig und lässt einen streifenförmigen Bereich der Seitenflächen 6 ausgehend von der Deckfläche 7 frei.
Die Kontaktmetallschicht 10 bedeckt dann die Deckfläche 7 des Stegwellenleiters, die freiliegenden Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5, die Passivierungsschicht 11 und die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnete zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3. Die
Kontaktmetallschicht 10 steht dabei in direktem Kontakt mit den genannten Flächen 4, 6, 7 und der Passivierungsschicht 11.
Die freiliegenden Bereiche der Seitenflächen 6 des
Stegwellenleiters 5 sowie die freiliegende zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 weisen
strukturelle und/oder chemische Veränderungen auf, die durch die Erzeugung des Stegwellenleiters 5 erzeugt sind und elektrisch isolierend ausgebildet sind. Das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge 3 an diesen Stellen nicht durch die angrenzende Kontaktmetallschicht 10 bestromt wird.
Bestimmungsgemäß wird die Halbleiterschichtenfolge 3 dann über die elektrische Kontaktierung 8, 9 bestromt.
Vorteilhafterweise ist die Halbleiterschichtenfolge 3 besonders gut mit der Kontaktmetallschicht 10 verbunden, sodass auftretende Wärme besonders gut abführbar ist.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 zeigt im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ein Laserbauteil 1, bei dem der Kontaktwiderstand der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 durch eine der folgenden
Maßnahmen erhöht ist: Oxidation, Plasmaschädigung,
Implantation von Atomen, entgegengesetzte Dotierung. Das heißt, der Bereich mit erhöhtem Kontaktwiderstand 12 ist besonders gut dazu geeignet, die Kontaktmetallschicht 10 von der Halbleiterschichtenfolge 3 elektrisch zu isolieren.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die erste
Passivierungsschicht 11 beispielsweise Si02, Si3N4, ZrO, AI2O3, SiON, ITO, ZnO oder besteht daraus.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3 ein
Laserbauteil 1, bei dem die erste Passivierungsschicht 11 beispielsweise gesputtertes A1N oder GaN umfasst oder daraus besteht. Die aktive Schicht 13 der Halbleiterschichtenfolge ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch die Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 definiert und ist auf einer Höhe innerhalb des Stegwellenleiters 5 angeordnet.
Bei dem Laserbauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Figuren 4 und 5 ist die aktive Schicht 13 in der
Halbleiterschichtenfolge 3 unterhalb des Stegwellenleiters 5 angeordnet, insbesondere unterhalb der zurückgesetzten
Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3. Zudem weist das Laserbauteil 1 eine zweite Passivierungsschicht 14 auf. Die zweite Passivierungsschicht 14 weist eine Dicke auf, die größer ist als eine Dicke der ersten Passivierungsschicht 11.
Die erste Passivierungsschicht 11 bedeckt die Seitenfläche 6 des Stegwellenleiters 5 bis zu einer bestimmten Höhe, die niedriger ist als eine Höhe des Stegwellenleiters 5.
Zusätzlich erstreckt sich die Passivierungsschicht 11
ausgehend von einer Kante des Stegwellenleiters 5 über einen Streifen 17 der zurückgesetzten Außenfläche 4 der
Halbleiterschichtenfolge 3. Die restliche zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 ist dabei frei zugänglich. Über die erste Passivierungsschicht 11 ist die zweite Passivierungsschicht 14 angeordnet und schließt plan mit den Seiten und einer Deckfläche der ersten
Passivierungsschicht 11 ab.
Die in der Figur 4 gezeigte Schnittdarstellung liegt im
Bereich der Facette. Da die Kontaktmetallschicht 10 seitlich des Stegwellenleiters 5 direkt auf der zurückgesetzten
Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 aufgebracht ist, kann die Facette besser entwärmt werden.
Gemäß Figur 5 ist eine Schnittdarstellung beabstandet von der Facette dargestellt. Die dünnere, erste Passivierungsschicht 11 erstreckt sich über die zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 und ist elektrisch isolierend ausgebildet. Die zweite Passivierungsschicht 14 ist dabei als optischer Abstandshalter ausgebildet, sodass die Intensität des Lasermodenprofils in der zweiten Passivierungsschicht 11 größer 0 ist und eine Wellenführung in horizontaler Richtung realisiert ist. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 zeigt das Ausführungsbeispiel der Figur 6 ein Laserbauteil 1, das eine dritte Passivierungsschicht 15 aufweist. Die dritte Passivierungsschicht 15 ist zwischen der ersten
Passivierungsschicht 11 und der zweiten Passivierungsschicht 14 angeordnet. Die dritte Passivierungsschicht 15 ist auf der an der Seitenfläche 6 des Stegwellenleiters 5 angeordneten ersten Passivierungsschicht 11 aufgebracht. Zusätzlich ist die dritte Passivierungsschicht 15 ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht 11 über einen weiteren
Streifen 18 auf den Streifen 17 der ersten
Passivierungsschicht 11 aufgebracht. Die dritte
Passivierungsschicht 15 schließt plan mit den Seiten und einer Deckfläche der ersten Passivierungsschicht 11 ab.
Die Brechungsindizes der Passivierungsschichten können unterschiedlich sein. Bevorzugt ist ein Brechungsindex der ersten Passivierungsschicht 11 größer als der Brechungsindex der dritten Passivierungsschicht 15. Insbesondere bevorzugt ist der Brechungsindex der dritten Passivierungsschicht 15 größer als der Brechungsindex der zweiten
Passivierungsschicht 14. Durch die unterschiedlichen
Brechungsindizes können mit Vorteil entsprechende Lasermoden und eine damit verbundene Wellenführung eingestellt werden.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 7 und 8 wird zunächst eine Halbleiterschichtenfolge 3
bereitgestellt (nicht dargestellt) . In der
Halbleiterschichtenfolge 3 wird durch Ätzen ein
Stegwellenleiter 5 erzeugt (ebenfalls nicht dargestellt) , der eine Deckfläche 7 und eine daran angrenzende Seitenfläche 6 aufweist . In Verbindung mit der Figur 7 ist ein Verfahrensschritt gezeigt, mit dem eine Halbleiterlaserdiode 2 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 6 herstellbar ist. In einem Schritt werden die erste Passivierungsschicht 11, die dritte Passivierungsschicht 15 und die zweite Passivierungsschicht 14 nacheinander auf die Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 und die zurückgesetzte Außenfläche 4 der
Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des
Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, abgeschieden. Dabei ist es möglich, dass Deckflächen der ersten Passivierungsschicht 11, der dritten Passivierungsschicht 15 und der zweiten
Passivierungsschicht 14 plan mit der Deckfläche 7 des
Stegwellenleiters 5 abschließen.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß der Figur 8 wird die zweite Passivierungsschicht 14 und die dritte
Passivierungsschicht 15, ausgehend von einer Kante der zweiten Passivierungsschicht 14, über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, mittels eines
Ätzprozesses abgetragen. Die erste Passivierungsschicht 11 ist dabei bevorzugt als Ätzstoppschicht ausgebildet.
Das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 umfasst zunächst die Schritte, die bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 7 und 8 gezeigt sind.
Gemäß Figur 9 wird die erste Passivierungsschicht 11 in einem weiteren Verfahrensschritt mittels eines weiteren
Ätzprozesses abgetragen. Hier wird die erste
Passivierungsschicht 11 ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht 11 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, abgetragen. Die Halbleiterschichtenfolge 3 ist dann an den abgetragenen
Bereichen frei zugänglich. Weiterhin ist es möglich, dass die erste Passivierungsschicht 11, die zweite
Passivierungsschicht 14 und die dritte Passivierungsschicht 15 mit einem einzigen Ätzprozess abgetragen werden.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 10 und 11 wird zunächst eine Halbleiterschichtenfolge 3 bereitgestellt (nicht dargestellt) . In der
Halbleiterschichtenfolge 3 wird durch Ätzen ein
Stegwellenleiter 5 erzeugt (ebenfalls nicht dargestellt) , der eine Deckfläche 7 und eine daran angrenzende Seitenfläche 6 aufweist .
In Verbindung mit der Figur 10 ist ein Verfahrensschritt gezeigt, mit dem eine Halbleiterlaserdiode 2 herstellbar ist. Hier wird die erste Passivierungsschicht 11 auf die
Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 und die
zurückgesetzte Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist,
abgeschieden. In der Regel schließt die Deckfläche der ersten Passivierungsschicht 11 nach diesem Verfahrensschritt
zunächst plan mit der Deckfläche 7 des Stegwellenleiters 5 ab (nicht dargestellt) .
Gemäß Figur 11 wird die erste Passivierungsschicht 11 in einem weiteren Verfahrensschritt ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht 11 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, mittels eines
Ätzprozesses abgetragen. Zudem wird die erste
Passivierungsschicht 11 mittels des Ätzprozesses so abgetragen, dass diese nicht mehr plan mit der Deckfläche 7 des Stegwellenleiters 5 abschließt. An dieser Stelle liegt der Stegwellenleiter 5 frei.
Das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 12 und 13 umfasst zunächst die Schritte, die bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 10 und 11 gezeigt sind .
In einem weiteren Verfahrensschritt wird in Verbindung mit Figur 12 die zweite Passivierungsschicht 14 auf die erste Passivierungsschicht 11 aufgebracht. Die zweite
Passivierungsschicht 14 bedeckt eine der
Halbleiterschichtenfolge 3 abgewandten Außenfläche der ersten Passivierungsschicht 11 vollständig. Zusätzlich bedeckt die zweite Passivierungsschicht 14 eine Außenfläche des
Stegwellenleiters 5, die nicht von der ersten
Passivierungsschicht 11 bedeckt ist.
Weiterhin wird die zweite Passivierungsschicht 14 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des Stegwellenleiters 5 angeordnet ist,
aufgebracht .
Analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß dem Verfahrensschritt der Figur 11 wird in dem Verfahrensschritt der Figur 13 die zweite Passivierungsschicht 14 ausgehend von einer Kante der zweiten Passivierungsschicht 14 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 mittels eines Ätzprozesses abgetragen. Zudem wird die zweite
Passivierungsschicht 14 so abgetragen, das die zweite
Passivierungsschicht 14 an der Außenfläche des
Stegwellenleiters 5 plan mit der Deckfläche der ersten Passivierungsschicht 11 abschließt, sodass der
Stegwellenleiter 5 weiterhin bereichsweise freiliegt.
Die Verfahrensschritte gemäß der Figuren 12 und 13 können beliebig oft mit mehreren Passivierungsschichten wiederholt werden, um eine Vielzahl an Passivierungsschichten
übereinander an den Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 anzuordnen .
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 14 wird zunächst eine Halbleiterschichtenfolge 3 bereitgestellt (nicht dargestellt) . In der Halbleiterschichtenfolge 3 wird durch Ätzen ein Stegwellenleiter 5 erzeugt (ebenfalls nicht dargestellt) , der eine Deckfläche 7 und eine daran
angrenzende Seitenfläche 6 aufweist.
In weiteren Verfahrensschritten wird, wie in Figur 14
dargestellt, die dritte Passivierungsschicht 15 und eine vierte Passivierungsschicht 16 zwischen der ersten
Passivierungsschicht 11 und der zweiten Passivierungsschicht 14 angeordnet. Bevorzugt werden die Passivierungsschichten in folgender Reihenfolge ausgehend von der Seitenfläche des Stegwellenleiters aufgebracht: erste Passivierungsschicht 11, dritte Passivierungsschicht 15, vierte Passivierungsschicht 16, zweite Passivierungsschicht 14. Lediglich die dritte Passivierungsschicht 15 und die zweite Passivierungsschicht 14 sind nach dem Aufbringen ausgehend von einer Kante der dritten Passivierungsschicht 15 beziehungsweise der zweiten Passivierungsschicht 14 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3, die seitlich des
Stegwellenleiters 5 angeordnet ist, abgetragen. Die erste Passivierungsschicht ist hier ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht 11 über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 lediglich teilweise abgetragen.
Beispielsweise ist die erste Passivierungsschicht 11 aus ITO gebildet und weist eine Dicke von ungefähr 100 Nanometer auf. Über der zurückgesetzten Außenfläche 4 der
Halbleiterschichtenfolge 3 ist die erste Passivierungsschicht 11 dagegen mittels eines Ätzprozesses über ihre gesamte
Fläche lediglich teilweise abgetragen und weist eine
verringerte Dicke von ungefähr 50 Nanometer auf. Die erste Passivierungsschicht 11 weist dabei eine besonders gute
Wärmeleitung auf.
Die dritte Passivierungsschicht 15 ist beispielsweise aus SiN gebildet und weist eine Dicke von ungefähr 100 Nanometer auf. Mit der dritten Passivierungsschicht 15 kann die Lasermode vorteilhafterweise durch Teilabsorption kontrolliert werden.
Die vierte Passivierungsschicht 16 ist beispielsweise aus AI2O3 gebildet und weist eine Dicke von ungefähr 40 Nanometer auf. Vorteilhafterweise schützt die vierte
Passivierungsschicht 16 die darunterliegenden Schichten vor äußeren Einflüssen, beispielsweise gegen Feuchte.
Die zweite Passivierungsschicht 14 ist beispielsweise aus Si02 gebildet und weist eine Dicke von 300 Nanometer auf.
Diese Passivierungsschicht dient dabei als optischer Isolator und optischer Abstandshalter gegen die Kontaktmetallschicht 10.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den
Verfahrensschritten der Figur 14 sind in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel der Figur 15 lediglich die erste Passivierungsschicht 11 und die dritte Passivierungsschicht 15 nach dem Aufbringen ausgehend von einer Kante der ersten Passivierungsschicht 11 beziehungsweise der dritten
Passivierungsschicht 15 abgetragen.
In Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 16 ist ein Laserbauteil 1 gezeigt, bei dem sich im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 oder 4 die erste Passivierungsschicht 11 ausgehend von einer Kante des
Stegwellenleiters 5 über den Streifen 17 der zurückgesetzten Außenfläche 4 der Halbleiterschichtenfolge 3 erstreckt. Die restliche zurückgesetzte Außenfläche 4 der
Halbleiterschichtenfolge 3 ist frei zugänglich.
Bei dem Laserbauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Figuren 17 und 18 ist gemäß Figur 17 ein Ausführungsbeispiel eines Laserbauteils 1 gezeigt, das analog zum
Ausführungsbeispiel gemäß dem Verfahrensschritt der Figur 13 herstellbar ist. Hier weist die Halbleiterlaserdiode 2 eine erste Passivierungsschicht 11, eine zweite
Passivierungsschicht 14 und eine dazwischen angeordnete dritte Passivierungsschicht 15 auf, die schichtweise über den Seitenflächen 6 des Stegwellenleiters 5 angeordnet sind. Die dritte Passivierungsschicht 15 ist bevorzugt durch selektives Ätzen entfernt, sodass die dritte Passivierungsschicht 15 aus einem Gas, wie beispielsweise Luft, gebildet ist.
Vorteilhafterweise wird so ein besonders großer
Brechungsindexsprung zwischen der ersten Passivierungsschicht 11 und der zweiten Passivierungsschicht 14 erzielt.
In Figur 18 sind die Passivierungsschichten gemäß der Figur 17 im Bereich des Kreises vergrößert dargestellt. Bei dem Laserbauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Figuren 19 und 20 ist die erste Passivierungsschicht 11 gemäß Figur 19 im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 aus einer wärmeleitfähigen Schicht gebildet. Die erste Passivierungsschicht 11 umfasst beispielsweise SiC/DLC oder A1N oder besteht daraus. Die zweite Passivierungsschicht 14 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel Si02, Si2N4, AI2O3, SiON, ITO oder ZnO oder besteht daraus. Die
Schnittdarstellung der Figur 19 ist hierbei beabstandet von der Facette dargestellt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 20 bedeckt die wärmeleitfähige Passivierungsschicht 11 auch die freiliegende Seitenfläche 6 des Stegwellenleiters 5 und dessen Deckfläche 7. Die Schnittdarstellung der Figur 20 ist hierbei im Bereich der Facette dargestellt.
Bei dem Laserbauteil gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 21 umfasst die erste Passivierungsschicht 11 im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 19 und 20 beispielsweise Si02, Si2N4, AI2O3, SiON, ITO oder ZnO. Zudem ist die erste Passivierungsschicht 11 dicker als die zweite
Passivierungsschicht 14 ausgebildet. Die zweite
Passivierungsschicht ist dabei aus einer wärmeleitfähigen Schicht gebildet und umfasst beispielsweise SiC/DLC oder A1N oder besteht daraus. Die zweite Passivierungsschicht 14 bedeckt die zurückgesetzte Außenfläche 4 der
Halbleiterschichtenfolge 3.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102018110985.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Laserbauteil
2 Halbleiterlaserdiode
3 Halbleiterschichtenfolge
4 zurückgesetzte Außenfläche
5 Stegwellenleiter
6 Seitenfläche Stegwellenleiter 7 Deckfläche Stegwellenleiter
8 elektrische Kontaktierung
9 elektrische Kontaktierung
10 KontaktmetallSchicht
11 erste Passivierungsschicht
12 Bereich erhöhter Kontaktwiderstand 13 aktive Schicht
14 zweite Passivierungsschicht
15 dritte Passivierungsschicht
16 vierte Passivierungsschicht
17 Streifen
18 weiterer Streifen

Claims

Patentansprüche
1. Halbleiterlaserdiode (2) mit:
- einer Halbleiterschichtenfolge (3) , die im Betrieb
Laserstrahlung von einer Facette aussendet, und
- einer ersten Passivierungsschicht (11), wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (3) einen Stegwellenleiter (5) aufweist, der eine Deckfläche (7) und daran angrenzende
Seitenflächen (6) aufweist,
- die erste Passivierungsschicht (11) die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) bereichsweise bedeckt, und
- die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5)
bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht (11) sind .
2. Halbleiterlaserdiode (2) nach dem vorherigen Anspruch, bei der Bereiche einer zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) , die seitlich des
Stegwellenleiters (5) angeordnet sind, und die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) strukturelle und/oder chemische Veränderungen aufweisen, die durch eine Erzeugung des
Stegwellenleiters und/oder durch eine Entfernung der ersten Passivierungsschicht (11) erzeugt sind und elektrisch
isolierend ausgebildet sind.
3. Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen
Ansprüche,
bei der ein Kontaktwiderstand der Bereiche der
zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) , die seitlich des Stegwellenleiters (5) angeordnet sind, durch eine der folgenden Maßnahmen erhöht sind: Oxidation, Plasmaschädigung, Implantation von Atomen, entgegengesetzte Dotierung .
4. Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen
Ansprüche,
bei der sich die erste Passivierungsschicht (11) ausgehend von einer Kante des Stegwellenleiters (5) über einen Streifen (17) der zurückgesetzten Außenfläche (4) der
Halbleiterschichtenfolge (3) erstreckt, wobei die restliche zurückgesetzte Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) frei zugänglich ist.
5. Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der
- sich die erste Passivierungsschicht (11) von den
Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) aus seitlich über die zurückgesetzte Außenfläche (4) der
Halbleiterschichtenfolge (3) erstreckt,
- eine zweite Passivierungsschicht (14) auf der ersten
Passivierungsschicht (11) auf den Seitenflächen (6) des
Stegwellenleiters (5) angeordnet ist, während die erste
Passivierungsschicht (11) in den Bereichen seitlich des
Stegwellenleiters (5) frei zugänglich ist.
6. Halbleiterlaserdiode (2) nach dem vorherigen Anspruch, bei der die zweite Passivierungsschicht (14) eine Dicke aufweist, die größer ist als eine Dicke der ersten
Passivierungsschicht (11).
7. Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei der
- die erste Passivierungsschicht (11) eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 10 W/ (m*K) aufweist,
- die erste Passivierungsschicht (11) eine Dicke zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer aufweist .
8. Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen
Ansprüche, bei der
- die erste Passivierungsschicht (11) die Deckfläche (7) und die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) im Bereich der Facette vollständig bedeckt, und
- die Deckfläche (7) des Stegwellenleiters (5) im Bereich beabstandet zu der Facette frei von der ersten
Passivierungsschicht (11) ist und die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) im Bereich beabstandet zu der Facette bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht (11) sind .
9. Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen
Ansprüche 4 und 6, bei der
- eine zweite Passivierungsschicht (14) auf der ersten
Passivierungsschicht (11) auf den Seitenflächen des
Stegwellenleiters (5) angeordnet ist, und
- die zweite Passivierungsschicht (14) in der Nähe des aktiven Bereichs den Streifen (17) der ersten
Passivierungsschicht (11) auf der zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) vollständig bedeckt.
10. Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen vier Ansprüche,
bei dem eine dritte Passivierungsschicht (15) zwischen der ersten (11) und der zweiten (14) Passivierungsschicht angeordnet ist.
11. Halbleiterlaserdiode (2) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die dritte Passivierungsschicht (15) aus einem Gas gebildet ist.
12. Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen drei Ansprüche,
bei dem die erste (11), die zweite (14) und die dritte (15) Passivierungsschicht die Seitenflächen (6) des
Stegwellenleiters (5) im Bereich der Facette bereichsweise bedecken .
13. Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen vier Ansprüche,
bei dem eine vierte Passivierungsschicht (16) zwischen der dritten (15) und der zweiten (14) Passivierungsschicht angeordnet ist.
14. Laserbauteil (1), mit:
- einer Halbleiterlaserdiode (2) nach einem der vorherigen Ansprüche,
- einem Anschlussträger mit mindestens einer Kontaktstelle, wobei
- die Halbleiterlaserdiode (2) mit einer Kontaktmetallschicht (10) mit der Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden ist, und
- die Kontaktmetallschicht (10) den Stegwellenleiter (5) einbettet .
15. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode (2) mit den Schritten:
- Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (3) ,
- Erzeugen eines Stegwellenleiters (5) mittels Ätzen in der Halbleiterschichtenfolge (3) , wobei der Stegwellenleiter (5) eine Deckfläche (7) und daran angrenzende Seitenflächen (6) aufweist,
- Aufbringen einer ersten Passivierungsschicht (11) auf die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5), die Deckfläche des Stegwellenleiters (5) und die zurückgesetzte Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3), die seitlich des
Stegwellenleiters (5) angeordnet ist,
- Entfernen der ersten Passivierungsschicht (11) an Bereichen der Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5), wobei die freigelegten Bereiche strukturelle und/oder chemische
Veränderungen durch das Ätzen aufweisen.
- Entfernen der ersten Passivierungsschicht (11) an der Deckfläche des Stegwellenleiters (5) .
16. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die erste Passivierungsschicht (11) von Bereichen der zurückgesetzten Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) entfernt wird, die seitlich des Stegwellenleiters (5) angeordnet sind und die freigelegten Bereiche strukturelle und/oder chemische Veränderungen durch das Ätzen aufweisen.
17. Verfahren nach einem der vorherigen zwei Ansprüche, wobei
- eine zweite Passivierungsschicht (14) und/oder eine dritte Passivierungsschicht (15) und/oder eine vierte
Passivierungsschicht (16) über die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5) und die zurückgesetzte Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) , die seitlich des
Stegwellenleiters (5) angeordnet ist, aufgebracht wird, und
- die erste Passivierungsschicht (11) und/oder die zweite Passivierungsschicht (14) und/oder die dritte
Passivierungsschicht (15) und/oder die vierte
Passivierungsschicht (16) unterschiedliche Dicken aufweisen.
18. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- die zweite Passivierungsschicht (14) und/oder die dritte Passivierungsschicht (15) und/oder die vierte Passivierungsschicht (16) bereichsweise entfernt wird/werden, so dass
- die Seitenflächen (6) des Stegwellenleiters (5)
bereichsweise frei von der ersten Passivierungsschicht (11) und der zweiten Passivierungsschicht (14) und/oder der dritten Passivierungsschicht (15) und/oder der vierten
Passivierungsschicht (16) sind.
19. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- die zweite Passivierungsschicht (14) und/oder die dritte
Passivierungsschicht (15) und/oder die vierte
Passivierungsschicht (16) über der zurückgesetzten
Außenfläche (4) der Halbleiterschichtenfolge (3) so entfernt wird/werden, dass
- Bereiche der zurückgesetzten Außenfläche (4) der
Halbleiterschichtenfolge (3) , die seitlich des
Stegwellenleiters (5) angeordnet sind, frei zugänglich sind.
20. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei die erste Passivierungsschicht (11) und/oder die zweite Passivierungsschicht (14) und/oder die dritte
Passivierungsschicht (15) und/oder die vierte
Passivierungsschicht (16) jeweils nach dem Aufbringen
bereichsweise entfernt wird/werden.
PCT/EP2019/061557 2018-05-08 2019-05-06 Halbleiterlaserdiode, laserbauteil und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaserdiode WO2019215087A1 (de)

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